无锡市水利信息化现状及“十四五”发展对策研究
发布时间:2022-12-01

  无锡市位于江苏省东南部,北枕长江、南倚太湖,是长三角几何中心,也是国家确定的长三角中心城市之一。无锡市经济发达,2021年人均GDP达到18.74万元,连续两年位居全国大中城市榜首。同时,无锡市是典型的江南水乡,水系众多、河网密布,全市共有5635条河流、28个湖泊和19座水库,水域面积覆盖率达23.5%。由于地势低平,呈现周边高、腹部低的地形态势,既有本地区产水致生的洪涝之忧,又常有河湖客水压境之虞,因此历年来无锡市各级政府高度重视水利工作,水利在无锡市经济社会发展中始终具有基础性的战略地位,为无锡市高质量发展提供了全方位的支撑保障。特别是进入21世纪以来,依托雄厚的经济实力和发达的科技力量,无锡市在全国较早开始水利信息化建设,并取得了显著效益,基本满足了水利现代化管理的需求。

  1  无锡市水利信息化发展历程

  2000年5月,启动无锡市水利信息化系统总体规划及一、二期工程设计,2001年1月开始系统一、二期工程的实施,进行系统的安装与集成工作,2002年12月完成系统一、二期工程的建设。项目借鉴国内外通信指挥中心的成功经验,采用大屏幕幕墙投影技术、数字会议技术,集中控制技术、摄影监控技术、信息处理技术和计算机网络技术及视频会议系统技术等,组成一套集信号处理、计算机网络、多功能视频会议、中央智能控制于一体的计算机网络与多功能智能化电子视频会议系统,建成后该系统处于同期国内领先水平。

  2003—2007年,实施无锡市水利信息化系统第三期工程即无锡市重点水利工程的遥控、遥测及远程监视系统、无锡市防汛指挥决策支持系统二期及办公自动化系统的建设,该系统建成后使无锡防汛、防旱、抗灾、减灾及水利工作的信息化领跑全国。

  2011年5月,无锡市入选首批全国水利现代化试点示范城市,为加快水利现代化建设,无锡市基于物联网技术开展“感知太湖·智慧水利”物联网技术应用示范项目建设,建成了一套集防汛决策、水文监测、蓝藻治理、湖泛处置和水资源管理等诸多水利科技于一体的物联网决策指挥管理系统,显著提升了无锡市防洪保安、蓝藻打捞、湖泛监测、地表水和地下水的监测和应急处置能力。该项目入选水利部“水生态系统保护与修复中央试点(示范)项目”及国家级物联网应用示范工程。

  进入“十三五”,无锡市水利信息化建设围绕“水利工程补短板、水利行业强监管”总基调和水利网信发展“安全、实用”总要求,持续推进感知、数据、应用、服务等工作,在“感知体系、数据资源、业务应用、网络保障、建管机制”五个方面取得了显著成效。

  2  无锡市水利信息化现状

  围绕“水利工程补短板、水利行业强监管”总基调和水利网信发展“安全、实用”总要求,无锡市水利信息化在“感知体系、数据资源、业务应用、网络保障”四个方面取得了显著成效。

  2.1  水利感知体系不断完善

  (1)水利感知监测站网建设方面。已建各类自动监测站共计1176个,其中地表水位自动监测站366个,地下水水位自动监测站62个,雨量自动监测站79个,流量自动监测站100个,取用水量自动监测站448个,水质自动监测站117个,水土保持自动监测站3个,土壤墒情自动监测站1个,除水质自动站外其他监测站均已实现自动采集上报,自动采集的数据集中存储在防汛综合数据库。

  (2)水利工程自动监控方面。已建闸门、泵站自动监控系统472处,能够实现对8处工程的远程自动化运行和控制,自动化控制数据存储在市水利工程管理中心数据库。

  (3)视频监控方面。已建水利工程视频监控185个,河湖库视频监控22个,高空瞭望3个,智能AI分析高清监测点25个,各类自动监测站视频监控1652个。

  (4)蓝藻打捞处置方面。已建12座藻水分离站藻泥监测系统,对藻泥含水率及藻泥产量实现了实时监测。

  2.2  数据资源成果不断丰富

  通过水利普查形成了无锡市基础水信息库,业务系统数据库建设涵盖了防汛抗旱、河长制、水文、水资源、电子政务等,信息资源开发利用得到有效推进,数据存储和数据处理设备得到加强。初步实现信息资源分散向信息资源共享利用转变。

  2.3  业务协调应用不断增强

  目前已建成主要应用系统13个,智慧水利提升平台、无锡市智慧河湖系统、蓝藻水华清除与处置系统等都得到进一步增强,为防洪减灾、行政管理、河湖管理、蓝藻管理等提供了信息化保障,决策管理水平得到了提高。

  (1)水旱灾害防御方面。通过水利信息化工程改造提升工程建设完善了无锡市防汛抗旱指挥决策支持系统,提升水情雨情监测服务能力,建设片区水文预报系统,为区域防洪形势的会商、研判、决策提供信息化支持。

  (2)水资源保障方面。利用江苏省水资源管理平台,实现了无锡市取水许可、计划用水、水量监控、水量核定、水资源费征收全流程网上办理,建设取水设施标准化管理系统,实现取水设施普查编目,标准化监管等信息化监管。

  (3)河湖库保护方面。建设了智慧河湖系统、河长制信息化管理平台、水系航拍督查系统等一系列应用系统,引入视频监控(高空瞭望)、遥感、AI、无人机、无人船等全天候监测新技术,以智慧大屏、移动、河湖实景展示等形式,提档升级监察手段,全流程线上督导,提升公众服务能力。

  (4)水政监察方面。针对采砂监管工作需求,构建了长江河道采砂监控、调度应用系统,实现现场全程监控以及业务流程优化再造,缩减监管流转时间和环节,提高了水政监测的实效性与工作协同。

  (5)蓝藻治理方面。通过蓝藻水华清除与处置监管信息化应用系统的建设,实现了藻水分离、藻泥输运的过程监视,为蓝藻险情的发现、处置和预防提供信息应用支撑,为太湖治理做好地方区域性管理。

  (6)水利工程管理方面。加大了水利枢纽、闸站的工况监视与工控系统建设力度,实时感知并采集设施运行状态,建立报警分发机制,保障设施设备运行安全稳定。

  2.4  网络保障能力不断增强

  (1)视频会商系统不断拓展。构建会商平台,包含大屏、会议系统、音视频控制矩阵等设备,保障了各类信号与防汛会商室的实时传输,实现会商主会场(无锡市水利局)-分会场(各辖市(区)局、各直属单位)防汛会商的实时连线。

  (2)网络通信保障能力进一步提高。实现了以无锡市水利局为中心节点,建设100M光纤上连省水利网(配备网闸与政务网隔离),100M光纤连接各辖市(区)局水利局、各直属单位的水利骨干网建设,并配备了必要的防火墙、路由器、日志审计、数据库审计、入侵防御等设备设施,能够保障各类信息化应用系统的数据安全和运行稳定。

  (3)网络安全防护能力显著提升。每年参与水利系统涉密人员网络与信息系统安全培训,开展软件正版化推进工作,推进国产密码在水利枢纽控制系统、重要水利信息系统中的应用,已完成核心业务系统的等级保护备案及测评工作,常态化推进行业信息系统安全监测和实战攻防演练,信息系统安全防护能力显著提升。

  3  存在问题

  虽然无锡市水利信息化建设取得了显著成绩,但对标无锡市水利现代化发展需要,对标国内外水利发展先进水平,全市水利信息化各项工作还存在一些短板,主要包括以下六个方面。

  3.1  透彻感知能力有待提高

  虽然在“十三五”期间实施了大量的水情、雨情、工情、灾情、水资源开发、生产管理、项目建设等方面信息的自动监测,但各类水利工程设施的监测尚未做到全要素全覆盖监控,缺乏对堤防、水库、闸站、灌区等工程系统的安全监测,缺少水利工程协同调度运行控制管理自动化系统。

  3.2  信息资源利用效益不高

  目前无锡市水利局基于省水利一张图、水利普查等积累了大量的数据资料,初步建成了水文基本数据库、水雨情、洪涝旱灾情、水利工程等数据库,但涉及水土保持、水资源优化配置、水利建设管理等众多急需的相关基础信息资源建设还很不完善。各部门之间相对封闭,从各业务口径统计汇总的部分基础信息存在相互矛盾的情况,给实际工作造成困难。

  3.3  业务应用智能化存在差距

  当前水利业务应用多数聚焦于条线的监管工作,数据来源与共享、业务流程逻辑及指标应用的协同仍限于行业内部。核心业务应用与系统治理、整体智治、“三算”“四预”功能要求仍存在较大差距,覆盖水利工程规划、建设、运管的全生命周期管理模式尚未建立,水利工程运行安全状态的智能诊断与安全分析仍处于起步阶段。

  3.4  网络安全防护能力不足

  网络安全等级保护建设仍有欠缺,信息系统尤其是工控系统安全防护体系不健全,大型水利工程控制系统核心设备和软件存在安全隐患。威胁感知应急响应能力不足,无法及时主动发现并处置网络安全风险威胁。

  3.5 公众服务能力不足

  水资源管控、幸福河湖成果、水灾害防御、水利建设市场、水利工程运行影响、水利规划成果服务等信息的发布手段、发布渠道单一,不能满足社会公众对信息获取的需求。

  3.6  保障体系有待完善

  现有水利系统网络随着高清视频监控和会商、AI视频分析、数字孪生等智慧化业务系统的建设,对网络带宽的要求越来越高,需要考虑主干网络扩容改造。在信息化专业人才方面,缺少专门的水利信息化机构。基础运行环境方面,仍需要根据智慧水利建设需求,加大资金投入,加强建设资金规范管理,提升投资质量和效益。

  4  “十四五”发展思路

  按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求,以数字化、网络化、智能化为主线,以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径,以构建数字孪生智慧平台为核心,全面推进算据、算法、算力建设,加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系,为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。

  4.1  基本原则

  (1)顶层设计,标准统一。依据无锡市实际,在全面了解水利业务需求的基础上,高标准谋划全市水利信息化顶层设计。从管理现状和业务需求出发,严格按照国家、行业、地方标准规范和相关要求,完善水利信息化标准体系,保障信息化建设与中央、流域、市、区等各层面上的协调一致,体现信息化建设的整体性和系统性。

  (2)智慧引领,深度融合。围绕数据融合、业务融合、技术融合,加强技术创新、应用创新、模式创新,大力推进云计算、物联网、大数据、人工智能等新技术与水利业务的深度融合,着重加强水利数据资源和业务应用整合,打造一批具有牵引性、突破性、创新性的智慧化场景应用,以科技手段实现工作效率和管理能力的提升。

  (3)共享协同,数字赋能。强化无锡全市各涉水部门的信息集成和共享,做到跨层级、跨地域、跨部门的全面互联、充分共享和协同管理。开展数据资源目录级联,加强数据共享与挖掘,提升辅助决策水平,提高水利应用的通用性和可拓展性。注重信息资源的整合与共享,利用模块化连接实现各系统之间的业务协同;通过“四预”功能的实现,赋能防汛抗旱指挥决策支持、水资源管理与调配、智慧河湖等重要领域,为水利智慧决策提供科学支撑。

  (4)综合集成,迭代升级。依托无锡市现有水利数据、应用系统等信息化资源,持续迭代优化数据共享模型和业务协同模型,持续完善算据、算法、算力建设,应用资源集约化水平和服务化创新能力,构建系统集成业务协同模型,开展场景化多业务协同应用和多场景综合应用建设,推动水利数字化体系的整体性优化和系统性重塑。

  (5)安全可控,先进实用。以安全为底线、实用为前提,结合无锡市水利业务实际,科学合理运用新一代信息化技术,从基础设施、物联通信、数据处理、业务应用、决策指挥等多维度、全方位保障信息安全,全面建设实时高效、先进实用、体验友好的水利信息化应用。

  4.2  总体布局

  无锡市水利信息化建设“十四五”总体框架围绕“无锡水网”,以平台信息为基础,构建五大体系:全域感知体系、数据资源体系、业务应用协同体系、网络安全体系、信息化保障体系,强化条线贯通、业务协调,形成“一网、一脑、三+N应用”结构。一网:即水利感知网;一脑:(一云一池一图一中台)即水利大脑,包括水利云、数据资源池、水利一张图、应用中台;三+N应用:防汛抗旱智慧调度系统、水资源管理调配应用、生态河湖监管应用以及N个业务专题应用。

  (1)“一网”。综合运用物联网、无人机、无人船、智能视频、卫星遥感图像解译等技术,完善物联管理标准及管理机制,建立一体化动态监测网,基于水域空间模型、自然地理模型、水工程及城市BIM模型,打造开放、共享的自然空间与水的全域感知体系,满足水安全、水环境、水资源和水利综合管理需求。

  (2)“一脑”。水利大脑的核心由“一云一池一图一中台”构成。一云是指水利云,通过利用公共云和建设专有云的混合方式,为水利大脑提供大规模存储和计算能力;一池是指数据资源池,通过汇集和治理水利系统内外的所有相关数据,构建海量异构多源的数据资源体系;一图是指水利全要素一张图,汇集全市水利全要素,依据标准规范制作并授权共享发布各类空间服务;一中台是指应用中台,通过沉淀基础能力,形成对应用系统的支撑,依托政务云和水利局现有基础资源,提供网络、计算、存储等资源池化能力和按需弹性服务,以平台信息化为基础,提供各类软件平台服务,形成基础支撑平台,以接口形式为业务系统快速搭建提供通用基础功能定制化服务,实现数据、业务能力的平台化共享。

  (3)三+N应用。智能应用在水利大脑支撑下,以预报预警预案为基础、预演为反馈、知识为驱动,支撑各类水利治理管理活动,辅助水利决策。优先开展水旱灾害防御、水资源管理与调配、生态河湖监管三项重点业务建设,逐步覆盖水土保持、太湖蓝藻监管、水政执法监察、水利工程建设管理与安全运行、水利规划、水利政务、移动应用、运维管理等N项业务。

  4.3  建设路径

  (1)水利信息基础设施建设。按照“整合已建、统筹在建、规范新建”要求统筹规划,强化资源整合,促进集约化利用,建设水利信息基础设施体系,为水利业务应用提供完善的基础支撑环境。以现有信息系统为基础,实施网络改造,站点升级与加密、项目扩充和操控方式转变,开发整体化的水利信息感知与工程(设施设备)控制管理系统,满足“无锡水网”对信息采集与工程控制的功能需求,形成全市覆盖、全景全息的水利感知网络。

  (2)水利数据资源体系建设。以现有数据中台以及无锡市水利局各业务数据为基础,通过机房环境改造,提升云计算、网络等硬件资源,将技术支撑、智慧应用的通用能力进行整合,形成工具复用、数据共享、接口统一、功能强大的应用支撑平台;在资源整合、共享方面,完善数据资源目录,提升数据规范性,提供一站式数据资源管理,实现数据架构、数据标准、数据质量、数据管理、数据可视化的全生命周期管理应用,为业务应用、辅助决策、综合运维和公共服务提供全量的、标准的、干净的、智能的数据。

  (3)水利智能应用体系建设。以防汛抗旱指挥调度、水资源管理与调度、生态河湖监管为核心业务的应用体系,辅以水利工程管理、水土保持、蓝藻监管等水利业务应用系统,形成“三+N”应用协同体系。加快推进水文现代化,提升水文情报预报服务能力和水平,打造多源空间信息融合洪水预报平台,推进旱情监视分析常态化,加强山洪预警等技术创新应用。

  (4)水利网络安全体系建设。结合无锡市水利信息安全保障需求和信息安全技术发展趋势,从网络安全、信息安全、安全机制和安全体系建设四个方面,做好物理、网络、主机、应用和数据的安全技术保障,确保信息化高效有序、安全可控。

  (5)水利信息化保障体系建设。无锡市水利信息化保障环境建设依据国家和市关于信息化(电子政务)及水利信息化的相关政策法规等,制定并落实人才配备、组织机构、标准规章、资金投入、运行管理等方面的配套政策与措施,以及加大信息化前期工作力度,开展准确合理的可研调查,全面增强推进全市水利信息化的执行能力,实现水利信息化保障环境的体系化。

  来源:水利发展研究,2022,22(8)  作者:华烨  常露